Kembali pada tahun 1920-an, mekanika kuantum, teori yang mendasari segala sesuatu mulai dari perilaku atom hingga pengoperasian komputer kuantum, sedang dalam perjalanan untuk mendapatkan penerimaan luas. Tetapi satu misteri tetap ada: terkadang objek kuantum, seperti elektron, atom, dan molekul, berperilaku seperti partikel, yang lain seperti gelombang. Kadang-kadang mereka bahkan berperilaku seperti partikel dan gelombang pada saat yang bersamaan. Oleh karena itu, ketika mempelajari objek kuantum ini, tidak pernah jelas pendekatan apa yang harus digunakan para ilmuwan dalam perhitungan mereka.
Terkadang para ilmuwan harus berasumsi bahwa objek kuantum adalah gelombang untuk mendapatkan hasil yang benar. Dalam kasus lain, mereka harus berasumsi bahwa benda-benda itu sebenarnya adalah partikel. Terkadang salah satu pendekatan berhasil. Tetapi dalam kasus lain, hanya satu pendekatan yang menghasilkan hasil yang benar, sementara yang lain mengembalikan hasil palsu. Sejarah masalah ini sudah ada sejak lama, tetapi eksperimen baru-baru ini telah menjelaskan pertanyaan lama ini.
sejarah kuantum
Dalam eksperimen celah ganda dengan nama yang sama, pertama kali dilakukan oleh Thomas Young pada tahun 1801, cahaya berperilaku seperti gelombang. Dalam percobaan ini, sinar laser diarahkan pada celah ganda, dan kemudian pola yang dihasilkan dilihat. Jika cahaya terdiri dari partikel, orang akan mengharapkan dua blok cahaya berbentuk celah. Sebaliknya, hasilnya adalah banyak balok kecil cahaya yang tersusun dalam pola yang khas. Menempatkan celah ganda di aliran air akan menghasilkan pola yang sama tepat di bawah. Jadi percobaan ini menghasilkan kesimpulan bahwa cahaya adalah gelombang.
Kemudian, pada tahun 1881, Heinrich Hertz membuat penemuan yang lucu. Ketika dia mengambil dua elektroda dan menerapkan tegangan yang cukup tinggi di antara mereka, percikan api muncul. Ini normal. Tetapi ketika Hertz menyinari elektroda ini, tegangan percikan berubah. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa cahaya mengetuk elektron keluar dari bahan elektroda. Tapi, anehnya, kecepatan maksimum elektron yang dikeluarkan tidak berubah jika intensitas cahaya berubah, tetapi berubah seiring dengan frekuensi cahaya. Hasil ini tidak mungkin jika teori gelombang benar. Pada tahun 1905, Albert Einstein memiliki solusi: cahaya sebenarnya adalah sebuah partikel. Semua ini tidak memuaskan. Para ilmuwan lebih memilih satu teori yang selalu benar daripada dua teori yang terkadang benar. Dan jika suatu teori hanya kadang-kadang benar, maka kita setidaknya ingin dapat mengatakan dalam kondisi apa itu benar.
Tapi justru inilah masalahnya dengan penemuan ini. Fisikawan tidak tahu kapan harus menganggap cahaya atau benda lain sebagai gelombang dan kapan sebagai partikel. Mereka tahu bahwa beberapa hal menyebabkan perilaku seperti gelombang, seperti tepi celah. Tetapi mereka tidak memiliki penjelasan yang jelas mengapa demikian atau kapan harus menggunakan teori apa pun.
Teka-teki ini disebut dualisme gelombang sel, masih dipertahankan. Tetapi sebuah studi baru mungkin menjelaskan situasi ini. Para ilmuwan dari Institut Ilmu Pengetahuan Dasar Korea telah menunjukkan bahwa sifat-sifat sumber cahaya mempengaruhi seberapa banyak partikel itu dan seberapa besar gelombangnya. Dengan pendekatan baru untuk mempelajari masalah ini, mereka telah membuka jalan yang bahkan dapat mengarah pada peningkatan dalam komputasi kuantum. Atau harapan seperti itu.
Juga menarik: Prosesor kuantum Google membutuhkan kristal waktu di luar teori
Cara membuat partikel dan gelombang
Dalam percobaan, para ilmuwan menggunakan cermin semi-reflektif untuk membagi sinar laser menjadi dua bagian. Masing-masing sinar ini mengenai kristal, yang pada gilirannya menghasilkan dua foton. Sebanyak empat foton dipancarkan, dua dari setiap kristal.
Para ilmuwan mengirim satu foton dari setiap kristal ke interferometer. Perangkat ini menggabungkan dua sumber cahaya dan menciptakan pola interferensi. Pola ini pertama kali ditemukan oleh Thomas Young dalam eksperimen dua celahnya. Ini juga yang Anda lihat ketika Anda melemparkan dua batu ke dalam kolam: riak air, beberapa di antaranya saling menguatkan dan yang lain saling menetralisir. Dengan kata lain, interferometer mendeteksi sifat gelombang cahaya.
Jalur dari dua foton lainnya digunakan untuk menentukan karakteristik sel mereka. Meskipun penulis makalah tidak merinci bagaimana mereka melakukan ini, biasanya dilakukan dengan melewatkan foton melalui bahan yang menunjukkan ke mana foton itu pergi. Misalnya, Anda dapat menembakkan foton melalui gas, yang kemudian akan menyala di tempat foton lewat. Dengan berfokus pada lintasan daripada tujuan akhir, foton bisa menjadi gelombang. Ini karena jika Anda mengukur lokasi foton yang tepat pada setiap momen waktu, maka foton itu seperti titik dan tidak dapat mengenai dirinya sendiri.
Ini adalah salah satu dari banyak contoh dalam fisika kuantum di mana pengukuran secara aktif mempengaruhi hasil pengukuran tersebut. Oleh karena itu, pada bagian percobaan ini, pola interferensi di ujung lintasan foton tidak ada. Dengan demikian, para peneliti menemukan bagaimana foton bisa menjadi partikel. Tantangannya sekarang adalah untuk mengukur seberapa banyak partikel ini dan berapa banyak yang tersisa dari sifat gelombang.
Karena kedua foton dari kristal yang sama diproduksi bersama, mereka membentuk keadaan kuantum tunggal. Artinya, dimungkinkan untuk menemukan rumus matematika yang menggambarkan kedua foton ini secara bersamaan. Akibatnya, jika peneliti dapat mengukur seberapa kuat "keberpihakan" dan "panjang gelombang" dari dua foton, kuantifikasi itu dapat diterapkan ke seluruh berkas yang mencapai kristal.
Memang, para peneliti berhasil. Mereka mengukur seberapa bergelombang foton dengan memeriksa visibilitas pola interferensi. Ketika jarak pandang tinggi, foton sangat mirip gelombang. Ketika polanya hampir tidak terlihat, mereka menyimpulkan bahwa foton pasti sangat mirip dengan partikel.
Dan visibilitas ini tidak disengaja. Itu adalah yang tertinggi ketika kedua kristal menerima intensitas sinar laser yang sama. Namun, jika pancaran dari satu kristal jauh lebih intens daripada yang lain, visibilitas pola menjadi sangat redup, dan foton lebih mungkin terlihat seperti partikel.
Hasil ini mengejutkan karena dalam kebanyakan eksperimen cahaya hanya diukur dalam bentuk gelombang atau partikel. Hari ini, dalam beberapa percobaan, kedua parameter diukur secara bersamaan. Ini berarti mudah untuk menentukan berapa banyak dari setiap properti yang dimiliki sumber cahaya.
Juga menarik: QuTech meluncurkan browser untuk internet kuantum
Fisikawan teoretis senang
Hasil ini sesuai dengan prediksi yang dibuat sebelumnya oleh para ahli teori. Menurut teori mereka, seberapa mirip gelombang dan sel darah suatu objek kuantum bergantung pada kemurnian sumbernya. Kemurnian dalam konteks ini hanyalah cara mewah untuk mengungkapkan kemungkinan bahwa sumber kristal tertentu akan menjadi sumber yang memancarkan cahaya. Rumusnya adalah sebagai berikut: V2 + P2 = 2, di mana V adalah visibilitas pola arah, P adalah visibilitas jalur, dan adalah kemurnian sumber.
Ini berarti bahwa objek kuantum seperti cahaya dapat menjadi seperti gelombang sampai batas tertentu dan seperti partikel sampai batas tertentu, tetapi ini dibatasi oleh kemurnian sumbernya. Objek kuantum adalah seperti gelombang jika pola interferensi terlihat atau jika nilai V tidak sama dengan nol. Juga, itu seperti partikel jika jalurnya dapat diamati atau jika P bukan nol.
Konsekuensi lain dari prediksi ini adalah kemurniannya adalah jika keterjeratan jalur kuantum tinggi, kemurniannya rendah, dan sebaliknya. Para ilmuwan yang melakukan percobaan menunjukkan ini secara matematis dalam pekerjaan mereka. Dengan menyetel kemurnian kristal dan mengukur hasilnya, mereka dapat menunjukkan bahwa prediksi teoretis ini memang benar.
Juga menarik: NASA akan meluncurkan komputer kuantum untuk memproses dan menyimpan "gunung" data
Komputer kuantum lebih cepat?
Hubungan antara keterjeratan objek kuantum dan corpuscularity dan waviness sangat menarik. Perangkat kuantum yang dapat memberi daya pada internet kuantum didasarkan pada keterjeratan. Internet kuantum adalah analogi kuantum dari apa itu Internet untuk komputer klasik. Dengan menghubungkan banyak komputer kuantum bersama-sama dan memungkinkan mereka untuk berbagi data, para ilmuwan berharap untuk mendapatkan lebih banyak kekuatan daripada yang bisa dicapai dengan satu komputer kuantum.
Tetapi alih-alih mengirimkan bit ke serat optik, yang kami lakukan untuk memberi daya pada internet klasik, kami perlu melibatkan qubit untuk membentuk internet kuantum. Mampu mengukur keterjeratan partikel dan gelombang foton berarti kita dapat menemukan cara yang lebih sederhana untuk mengontrol kualitas internet kuantum.
Selain itu, komputer kuantum sendiri dapat menjadi lebih baik dengan menggunakan dualisme gelombang partikel. Menurut proposal para peneliti dari Universitas Tsinghua China, adalah mungkin untuk menjalankan komputer kuantum kecil melalui kisi multi-celah untuk meningkatkan kekuatannya. Komputer kuantum kecil akan terdiri dari beberapa atom yang digunakan sendiri sebagai qubit, dan perangkat semacam itu sudah ada.
Melewati atom-atom ini melalui kisi multislit sangat mirip dengan melewatkan cahaya melalui celah ganda, meskipun tentu saja sedikit lebih rumit. Ini akan menciptakan lebih banyak kemungkinan status kuantum, yang, pada gilirannya, akan meningkatkan kekuatan komputer yang "dipecat". Matematika di balik ini terlalu rumit untuk dijelaskan dalam makalah ini, tetapi hasil yang penting adalah bahwa komputer dua kuantum seperti itu dapat lebih baik dalam komputasi paralel daripada komputer kuantum konvensional. Komputasi paralel juga umum dalam komputasi klasik dan pada dasarnya mengacu pada kemampuan komputer untuk melakukan beberapa perhitungan secara bersamaan, membuatnya lebih cepat secara keseluruhan.
Jadi, meskipun ini adalah penelitian yang sangat mendasar, kemungkinan penerapannya sudah ada di depan mata. Saat ini tidak mungkin untuk dibuktikan, tetapi penemuan ini dapat mempercepat komputer kuantum dan sedikit mempercepat munculnya internet kuantum.
Juga menarik: China telah menciptakan komputer kuantum yang sejuta kali lebih kuat daripada komputer Google
Sangat mendasar, tetapi sangat menarik
Semua ini harus diambil dengan banyak skeptisisme. Penelitiannya solid, tetapi juga sangat mendasar. Seperti biasanya dalam sains dan teknologi, ada jalan panjang dari penelitian dasar hingga aplikasi dunia nyata.
Namun peneliti dari Korea menemukan satu hal yang sangat menarik: misteri dualisme gelombang partikel tidak akan hilang dalam waktu dekat. Sebaliknya, tampaknya berakar begitu dalam di semua objek kuantum sehingga lebih baik menggunakannya. Dengan basis kuantitatif baru terkait kemurnian sumber, hal ini akan lebih mudah dilakukan.
Salah satu kasus penggunaan pertama dapat terjadi dalam komputasi kuantum. Seperti yang telah ditunjukkan oleh para ilmuwan, keterikatan kuantum dan dualisme gelombang partikel saling terkait. Dengan demikian, alih-alih keterikatan, jumlah gelombang dan sel darah dapat diukur. Ini dapat membantu para ilmuwan yang bekerja untuk menciptakan internet kuantum. Atau Anda dapat menggunakan dualitas untuk meningkatkan komputer kuantum dan membuatnya lebih cepat. Either way, sepertinya waktu kuantum yang menarik sudah dekat.
Baca juga:
Terima kasih untuk artikelnya! "Kemungkinan program sudah di depan mata" - mungkin bukan program, tapi aplikasi?
Terima kasih, sangat menarik. Lebih banyak artikel seperti itu.
Terima kasih! Kami akan mencoba ;)